ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 6, с. 67-76
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.466.7, 551.46.07:629.783
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЛИВНЫХ И НЕПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ ОХОТСКОГО МОРЯ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ © 2008 г. Г. В. Шевченко1, А. А. Романов 2
Сахалинский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Южно-Сахалинск 2Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения, Москва
1E-mail: shevchenko@imgg.ru Поступила в редакцию 21.01.2008 г.
Создана единая база альтиметрических данных спутников TOPEX/Poseidon (1993—2002 гг.) и Jason-1 (2002—2007 гг.) для Охотского моря и прилегающих акваторий, содержащая около 7000 точек. Показано, что выраженный суточный характер прилива наблюдается в районах амфидромий полусуточных волн в Сахалинском заливе, вблизи Ямских островов, у восточного побережья Сахалина. Энергия приливных колебаний возрастает вдоль оси юго-запад — северо-восток и достигает максимальных значений в заливе Шелихова. Построена карта, отражающая относительную долю приливов и непериодической составляющей в общей энергии колебаний уровня океана.
ВВЕДЕНИЕ
Данные об изменении поверхности Мирового океана, получаемые при помощи альтиметрических датчиков, установленных на искусственных спутниках Земли (ИСЗ) в рамках проекта TOPEX/Poseidon (TP), а также на других ИСЗ, получили в последнее время широкое распространение при исследовании широкого круга океанологических проблем. Прежде всего они применяются при изучении пространственно-временных характеристик как сезонных колебаний уровня, так и связанных с ними изменений циркуляции вод в различных его районах, выделением вихревых структур и определением траекторий их перемещения, а также рядом других задач, имеющих важное научное и прикладное значение. Представляет интерес выделение областей, где эти процессы проявляются более интенсивно — их можно назвать энергоактивными зонами океана.
Однако для прибрежных районов, областей шельфа и материкового склона, для внутренних морей использование альтиметрии наталкивается на существенные трудности, обусловленные недостаточной точностью фильтрации приливных колебаний, которая осуществляется обычно при помощи глобальной модели океанских приливов — Global Ocean Tide (GOT) [1, 2]. Несмотря на значительные усилия разработчиков данной модели, она, как правило, недостаточно точна для указанных акваторий. Для каждого конкретного бассейна разрабатываются различные способы коррекции GOT, в основе которых чаще всего лежит более точная региональная численная модель с усвоением имеющихся данных о характеристиках прилива, полу-
ченных с береговых самописцев уровня моря или автономных буйковых станций. Несколько таких попыток было предпринято в последнее время для Японского моря [3, 4], хотя величина приливов здесь, за исключением Татарского пролива, сравнительно невелика, и, следовательно, связанные с неточностью модели погрешности не могут исказить существенно характеристики синоптических вихрей или иных изучаемых океанологических структур. В этой связи в последние годы разработано несколько методов расчета амплитуд и фаз приливных волн непосредственно по данным спутниковой альтиметрии [5—7], причем последний из них апробировался на таком сложном с точки зрения динамики приливов объекте, как Охотское море.
Точная характеристика приливных колебаний имеет и самостоятельное значение, так как пространственная изменчивость характера и величины приливов, которые отражают энергетику периодических вариаций уровня моря, как правило, рассматривались только на основе данных береговых мареографов и, соответственно, полученные результаты относятся к узкой прибрежной полосе [8]. Изучение распределений этих параметров для открытых участков Охотского моря и прилегающих акваторий представляет значительный интерес, также как и оценка вклада приливов в общую дисперсию (энергию) вариаций уровня моря в различных частях указанного района. Это позволяет ответить на вопрос, в какой мере приливы, а в какой непериодическая составляющая определяют их энергетический бюджет. Таким образом, целью данной работы было: на основании спутниковых альтиметрических данных опреде-
лить характер и величину приливов на различных участках указанного района, оценить их вклад в общую энергию колебаний уровня и выделить наиболее энергоактивные зоны, обусловленные непериодическими процессами.
ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЯ
По сравнению с более ранними работами по анализу ТР альтиметрических данных на акватории Охотского моря и прилегающих районов [7, 9, 10] информационная база исследования была несколько изменена в смысле ее увеличения. В пространственном отношении изучаемая акватория была расширена в южном направлении на 8°. Кроме того, был уменьшен вдольтрековый шаг между точками, в которых формировались ряды альтиметрических данных. Общее число точек, подготовленных для анализа, составляло 7163, в то время как при первоначальном расчете [7] — около 300, а при более позднем [10] — около 1200.
В настоящее время по трекам ИСЗ Topex/Posei-don продолжает летать спутник Jason-1, также оснащенный альтиметром, таким образом, имеется возможность продолжить накопление рядов уровня моря в тех же точках. Данное обстоятельство побудило нас пополнить существующую базу данных за счет привлечения новых материалов альтиметрических съемок морской поверхности, таким образом, информационная основа работы была расширена и во времени — с 10 до 15 лет. Применялось два типа тематической предобработки альтиметрических данных спутников TOPEX/Poseidon и Jason-1. Оба подхода основывались на рекомендациях соответствующих справочников по обработке спутниковой информации [11].
Для расчета уровня моря относительно отсчет-ного эллипсоида (модель поверхности Земли, эллипсоид вращения с параметрами: большая полуось — 7714.43 км и эксцентриситет — 0.000095) по данным спутникового альтиметра применялось следующее соотношение:
Ну = Нс - (Ha + Свт + Сст + Си + Сэ) - Нсвмп - Ноб,
(1)
где Ну — уровень моря; Нс — высота орбиты спутника; Ha — высота, измеренная альтиметром; Свт — поправка на влажную тропосферу; Сст — поправка на сухую тропосферу; Си — поправка на ионосферу; Сэ — электромагнитное смещение; Нсвмп — средняя высота морской поверхности; Ноб — обратный барометр.
Все необходимее поправки брались стандартным образом из набора данных спутников TOPEX/Poseidon и Jason-1 и учитывались согласно существующим рекомендациям. В случае
спутника Jason-1 была добавлена поправка на приводный ветер, как это рекомендовалось в работе [12]. Кроме того, применялись различные модели (модель OSUMSS95 для ТР и модель GSFC00.1 для Jason-1) средней высоты морской поверхности, как предлагалось в [11, 12] соответственно.
Для получения временного ряда значений уровня в конкретной точке акватории Охотского моря данные альтиметрических спутников TOPEX/Poseidon и Jason-1 приводились к точкам "референсных" подспутниковых треков. Операция приведения состояла в осуществлении процедуры пространственного осреднения альтиметрических данных в окрестности референсной точки с радиусом 0.06°. В эту область при пролете спутника попадали от трех до пяти измеренных значений уровня моря. Для проверки достоверности альтиметрических данных использовалась стандартная методика, которая приведена в [11, 12].
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
ХАРАКТЕРА И ВЕЛИЧИНЫ ПРИЛИВОВ
В данной работе рассчитывались параметры 14 приливных волн — семи суточного диапазона (Q1, 01, HI1, P1, K1, FI1, 001), шести полусуточного (N2, M2, S2, K2, T2, 0P2) и одной третьсуточного (S3). Данный набор волн уверенно определяется при длине ряда более 80 отсчетов и обеспечивает эффективное выделение приливной компоненты практически для всей исследуемой области. Возможно, этого количества волн недостаточно для удовлетворительного устранения прилива в районах с наиболее сильными колебаниями, например у входа в залив Шелихова и Пенжинскую губу. Однако этот район невелик по площади, и данный подход был избран специально для того, чтобы оценить гармонические постоянные основных приливных волн по всей акватории, в частности в северо-западной части моря, где пропуски альтиметрических данных из-за влияния ледяного покрова наиболее существенны, и при большем числе волн возникает неустойчивость.
Для оценки качества расчета гармонических постоянных использовалась средняя квадратиче-ская амплитуда остаточного ряда, полученного после вычитания из исходных значений уровня предвычисленного прилива. Подробно характер распределения данного параметра, отражающего энергетику непериодических колебаний, обсуждается ниже. Здесь отметим только, что рассчитанная величина, после нескольких вариантов введения поправок, нигде не превышала 20 см, а на основной части исследуемой акватории — 10 см, что указывает на высокое качество расчета приливной составляющей.
Полученные величины гармонических постоянных амплитуды и фазы основных приливных
Рис. 1. Распределение отношения Я, определяющего характер, приливов для Охотского моря и прилегающих акваторий.
волн в различных точках Охотского моря и прилегающих районов позволяют определить особенности пространственных вариаций характера и величины приливов. Для определения характера приливов используется отношение сумм амплитуд основных суточных и полусуточных волн [13]
Я - (Н01 + НК1)/(НМ2 + HS2),
(2)
при этом в указанной работе рекомендована следующая классификация — при Я > 4 — правильные суточные, 2 < Я < 4 — неправильные суточные, 0.5 < Я < 2 — смешанные, 0.25 < Я < 0.5 — неправильные полусуточные и при Я < 0.25 — правильные полусуточные. Результаты расчетов представлены на рис. 1. Отметим, что данная карта отражает структуру приливных колебаний уровня в Охотском море, впервые определенную не только для прибрежной зоны, а для всей его акватории на основе данных наблюдений, без привлечения численного моделирования.
Значения Я максимальны, как и следовало ожидать, в областях амфидромий основных полусуточных волн — в Сахалинском заливе, у
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.